Що таке кешування SLC?

Сучасні твердотільні накопичувачі пропонують набагато краще співвідношення ГБ/долар, ніж кілька років тому. Коли твердотільні накопичувачі вперше виходили на ринок, вони, як правило, мали ємність від 64 ГБ до 128 ГБ. Вони також були дорожчими за багатотерабайтні жорсткі диски. Протягом багатьох років вважалося, що якщо ви хочете багато пам’яті та не хочете платити високі ціни, вам потрібен жорсткий диск і ви повинні погодитися на нижчу продуктивність.

Однак зараз усе трохи інакше. Так, твердотільні накопичувачі все ще дорожчі за ГБ, ніж жорсткі диски, але ціна набагато ближча. SSD на 2 ТБ наразі є найкращою ціною для SSD. SSD на 2 ТБ приблизно вдвічі дорожчий за жорсткий диск на 2 ТБ. Тепер ви можете отримати ще суттєвішу перевагу продуктивності за ці додаткові витрати.

Це все ще вірно, якщо ви хочете багато терабайт пам’яті. Наприклад, дешевше придбати жорсткі диски, якщо вам потрібен великий масив RAID. Але припустімо, що ви маєте справу лише з повсякденним рівнем пам’яті комп’ютера домашнього користувача. У цьому випадку твердотільного накопичувача на один або два терабайти більш ніж достатньо, і він не зруйнує банк.

Як ціна впала?

Отже, що змінилося? Що знизило ціну до розумного рівня? По-перше, технології просто дозріли. З часом виготовлення цих речей стає дешевшим. Однак деякі технологічні прориви та інновації справді змінили ситуацію. 3D VNAND дозволив значно збільшити щільність зберігання, дозволивши накладати комірки пам’яті одна на одну, а не стискати все ближче одна до одної в одній площині. Це не відрізняється від того, як багатоповерхові автостоянки дозволяють припаркувати більше автомобілів на тій самій площі, що й плоска автостоянка.

Сучасні SSD тепер зазвичай використовують флеш-пам’ять TLC. TLC означає Triple-Level Cell, що означає, що кожна комірка пам’яті може зберігати три біти даних. Це втричі збільшує ємність зберігання даних тієї ж кількості комірок пам’яті порівняно з одношаровою комірковою пам’яттю (SLC) у попередніх SSD.

Ці три зміни пояснюють більшу частину підвищення цін на SSD. Однак було й багато інших подій. Справа в тому, що TLC має деякі досить великі застереження.

У чому проблема з TLC?

Проблема з розміщенням кількох бітів даних в одній комірці пам’яті полягає в тому, що записувати дані значно складніше. Це уповільнює процес. Це проблема, оскільки SSD мають бути швидкими. Вони просувають нові покоління стандартів для подвоєння та подвоєння пропускної здатності, щоб забезпечити швидше зберігання.

Хоча ви все ще можете читати з TLC із неймовірною ємністю 16 ГБ на найновіших твердотільних накопичувачах PCIe 5, ви точно не можете записувати на них так швидко. Насправді швидкість запису TLC зазвичай становить близько 2000 Мбайт. Це все ще набагато швидше, ніж жорсткий диск, але повільніше, ніж PCIe 3 SSD.

Примітка : TLC — не єдиний тип флеш-пам’яті, який використовується. Існує відносно невелика кількість Quad-Level Cell (QLC) SSD, і розробка Penta-Level Cell (PLC) SSD прогресує для 4 і 5 біт даних на комірку відповідно. Швидкість запису пам’яті QLC наразі становить близько 350 МБ, що повільніше, ніж у жорстких дисків.

Введіть SLC Cache

Виробники твердотільних накопичувачів розробили кешування SLC, щоб обійти ці значно знижені швидкості запису. Це простий прийом запису даних у надшвидку флеш-пам’ять SLC. Потім дані копіюються на повільніший TLC-флеш якомога швидше у фоновому режимі. Це забезпечує заявлену високу швидкість запису SSD, якщо є простір для кешу SLC для запису. У більшості випадків це не проблема, але може бути, якщо ви виконуєте значні операції запису одночасно. Наприклад, відновлення або запис резервної копії зазвичай передбачає запис на великий відсоток диска.

SLC-кеш зазвичай складається з двох окремих частин: статичний SLC-кеш і динамічний псевдо-SLC-кеш. Статичний кеш, як правило, невеликий, менше 10 ГБ навіть на великих дисках 2 ТБ. Статичний кеш завжди доступний, навіть коли накопичувач майже заповнений. Розмір динамічного кеша, як випливає з назви, залежить від вільного місця на диску.

Великі твердотільні накопичувачі мають більші кеші псевдо-SLC і можуть виконувати більші записи на максимальних швидкостях. Важливо зауважити, що розмір динамічного кешу базується на вільному просторі, що залишився, а не на загальному об’ємі диска. Розмір динамічного кешу зменшується, коли диск заповнюється. Багато твердотільних накопичувачів виділяють приблизно третину свого вільного простору для використання як динамічний кеш SLC. Це може бути близько 600 ГБ на диску 2 ТБ.

Контролер SSD вирішує записувати вхідні дані в SLC-кеш, оскільки це швидко. Це важливо, оскільки дані можуть бути надані на SSD швидше, ніж вони можуть бути записані на набагато повільнішу флеш-пам’ять TLC. Коли твердотільний накопичувач простоює, контролер копіює дані в пам’ять TLC із меншою швидкістю запису. Це зберігає дані в більш ефективний спосіб і знову звільняє кеш SLC, щоб приймати більше операцій запису на високих швидкостях. Поки є місце в кеші SLC, SSD може працювати на максимальних заявлених швидкостях. Коли кеш-пам’ять заповнюється, накопичувач має сповільнитися, тому корисно мати великий кеш SLC.

Потенційне майбутнє

Наразі жоден твердотільний накопичувач не використовує його, але також є потенційний варіант використання кешу MLC. MLC означає Multi-Level Cell, погано названий метод зберігання двох бітів даних у комірці, а не одного чи трьох. Це повільніше, ніж SLC, але швидше, ніж TLC. У той час як кеші SLC пропонують фантастичні швидкості, з якими MLC не може зрівнятися, MLC запропонує вдвічі більший розмір кешу.

Теоретично це було б відмінною серединою, яка б дозволяла досягти максимальної швидкості кешування SLC, доки кеш SLC не буде використано. Потім скидання до кешу MLC, якщо ще потрібно записати більше даних. Це все ще буде швидше, ніж безпосереднє записування в пам’ять TLC або QLC, але, ймовірно, потребуватиме більш складної логіки.

Хоча швидкість TLC була відносно високою, у цьому не було необхідності. Оскільки твердотільні накопичувачі QLC і PLC стають все більш поширеними, швидкість запису в них буде знижуватися. Вторинне кешування MLC може бути способом розвитку технології, щоб полегшити це.

Висновок

Кешування SLC — це розумний метод кешування запису на SSD. Це забезпечує високу швидкість передачі при записі в сотні гігабайт флеш-пам’яті, куди номінально не можна записувати з такою швидкістю. Дані, записані в кеш, якнайшвидше скидаються у флеш-пам’ять TLC або QLC, щоб звільнити кеш для максимальної швидкості передачі.

Обсяг кешу SLC змінюється залежно від вільного місця, що залишилося на диску. Це означає, що більші та порожні накопичувачі можуть записувати більше даних на максимальній швидкості, ніж менші SSD або SSD, ближче до ємності. Що ти думаєш? Дайте нам знати в коментарях нижче.